تزریق خطاهای لیزر از راه دور در طول همه گیری | دفتر کل

این پست کوتاه برخی از پیشرفت‌های ایستگاه لیزری را که برای انجام آزمایش‌های خود از راه دور انجام دادیم، توضیح می‌دهد.

مشکلات راه اندازی

پلت فرم تزریق خطای لیزر ما از یک میکروسکوپ ساخته شده است که برای متمرکز کردن منبع لیزر به دستگاه تحت آزمایش استفاده می شود. مجهز به دوربین مادون قرمز برای مشاهده معماری داخلی تراشه مورد نظر و تنظیم شکل پرتو لیزر است. خوشبختانه، مجهز به یک مرحله موتوری است که امکان حرکت پرتو لیزر را در سراسر تراشه از برنامه نرم افزاری سفارشی ما فراهم می کند. تمام ابزارهایی که ما توسعه داده‌ایم بر روی سیستم عامل لینوکس اجرا می‌شوند و بنابراین می‌توان از طریق اتصال SSH از آنها استفاده کرد، به شرط اینکه اتصال اینترنتی خوبی داشته باشید. ما در ارتباط با تصویر زنده دوربین میکروسکوپ با مشکلات تاخیر مواجه شدیم که با روشن کردن گزینه فشرده سازی SSH به سرعت آنها را حل کردیم (-C) که به طور پیش فرض فعال نیست و پهنای باند جریان مورد نیاز را تا حد زیادی کاهش می دهد. با این وجود، در آن زمان برخی از عناصر هنوز نیاز به مداخله درجا داشتند:

• کنترل منبع نور دوربین: یک تجهیزات اختصاصی نور مادون قرمز را برای روشن کردن تراشه برای تجسم دوربین فراهم می کند.
• باز کردن یا بستن شاتر مکانیکی دوربین: این شاتر بخشی از میکروسکوپ است و هنگام استفاده از لیزر باید بسته شود.
• تغییر هدف میکروسکوپ: 4 هدف نوری مختلف بر روی یک برجک چرخان مکانیکی نصب شده است و امکان بزرگنمایی های مختلف میکروسکوپ را فراهم می کند.

در زیر به جزئیات نحوه سفارشی سازی میز تست خود برای کنترل از راه دور شاتر و منبع نور پرداخته شده است. به ویژه، ما می‌خواستیم هزینه این سازگاری‌ها را محدود کنیم و در اسرع وقت در دسترس قرار دهیم.

کنترل منبع نور

زیرلایه سیلیکونی نیمه هادی ها نسبت به نور مادون قرمز نیمه شفاف است و با دوربین مادون قرمز می توان ساختار داخلی مدارها را مشاهده کرد. برای ایجاد امکان مشاهده، مدار باید با یک منبع نور مادون قرمز روشن شود. میکروسکوپ لیزری ما با تجهیزات اختصاصی منبع نور ارسال شد هایاشی LA-150CEکه دارای یک کلید پاور و یک دکمه برای تنظیم شدت نور است که در زیر نشان داده شده است. هنگامی که یک کمپین آزمایش لیزر شروع می شود، ما معمولاً منبع نور را خاموش می کنیم زیرا ممکن است با اجزای سازنده تداخل داشته باشد، به خصوص زمانی که نمونه ها نازک می شوند.

با نگاهی به پشت تجهیزات، متوجه شدیم که یک سوئیچ "ریموت" و یک کانکتور خارجی موجود است. ما فهمیدیم که این منبع نور قابلیت کنترل از راه دور را از طریق کانکتور هزاره گذشته ارائه می دهد. اسناد کمی در وب یافت می شود، اما ما در یک کاتالوگ هایاشی شناسایی کردیم که وجود دارد واحد کنترل LAN سازگار با این منبع نور با این حال این محصول متوقف شده است. همچنین اتصال LAN چندان راحت نیست. در همان کاتالوگ، مشخصات کانکتور منبع نور را پیدا کردیم. اگرچه خیلی مفصل نیست، کافی بود این را امتحان کنید.

ریموت کنترل از کاتالوگ محصولات هایاشی:

این رابط دو ویژگی جالب اصلی را ارائه می دهد:

• از پین های دیجیتال 1 و 8 می توان برای روشن و خاموش کردن لامپ با کوتاه کردن یا عدم اتصال آنها استفاده کرد. پایه 8 در واقع زمین است، بنابراین فقط پایه 1 واقعاً مرتبط است.
• پین آنالوگ 2 شدت نور را با سیگنالی از 0 ولت (حداقل شدت) تا 5 ولت (حداکثر شدت) کنترل می کند. هنگامی که حالت از راه دور فعال است، پتانسیومتر پانل جلویی دور زده می شود و شدت نور مستقیماً توسط این پین کنترل می شود.

تصمیم گرفتیم خودمان را از ابتدا بسازیم کنترل از راه دور هایاشی لایت با استفاده از قطعات زیر:

• یک میکروکنترلر STM32 برای میزبانی کد برنامه تعبیه شده،
• یک مبدل USB به سریال FT232 برای کنترل دانگل از طریق USB،
• یک مبدل دیجیتال به آنالوگ AD5621B برای تولید سیگنال آنالوگ 0 تا 5 ولت برای کنترل شدت نور.

ما PCB را با استفاده از آن طراحی کردیم KiCad. صادقانه بگوییم، این طراحی ممکن است کمی بزرگ باشد: میکروکنترلر برای نیاز فعلی خیلی بزرگ است، و FT232 ممکن است حذف شود زیرا دستگاه های STM32 قبلاً دارای قابلیت USB هستند، به قیمت زمان توسعه نرم افزار. هدف ما این بود که آن را سریع و کثیف کنیم و از برخی از طرح‌واره‌های طراحی‌شده‌مان دوباره استفاده کنیم.

برای سرگرمی، و از آنجایی که ما معتقدیم این یک زبان بسیار امیدوارکننده است، ما سیستم عامل میکروکنترلر را در Rust توسعه دادیم.

ما در نهایت با استفاده از یک محفظه پلاستیکی ساده طراحی کردیم FreeCAD، و آن را چاپ کرد مجسمه ساز.

به طور غیرمنتظره ای، سخت ترین بخش این پروژه شناسایی کانکتور (مرجع 5710140 از آمفنول برای سمت نر) و همچنین خرید آن به دلیل منسوخ شدن و عدم فروش آن توسط بسیاری از تامین کنندگان بود. موتور جستجوی تامین کننده قطعات Octopart می تواند کمک کند.

تمامی فایل های شماتیک و طراحی در سایت ما موجود است مخزن GitHub.

کنترل شاتر دوربین

در میکروسکوپ، پرتو لیزر و دوربین مسیر نوری یکسانی دارند. هنگامی که لیزر در حال عکاسی است، کسری از نور توسط سیلیکون منعکس شده و به دوربین برخورد می کند. برای جلوگیری از آسیب سنسور که در درازمدت می‌تواند منجر به پیکسل‌های مرده شود، می‌توان یک شاتر مکانیکی نوری جلوی دوربین را بست. شاتر دستی است و برای فعال کردن آن به نیروی کمی یا بدون نیاز است.

برای ایجاد امکان کنترل از راه دور، یک استپر موتور کوچک و یک کنترلر موتور پله ای TIC T834 از Polulu. ما چرخ دنده های سه بعدی و بدنه ای را برای نصب روی میکروسکوپ ایجاد و چاپ کردیم تا شاتر را با موتور حرکت دهیم.

TIC T834 برای تامین انرژی موتور به یک منبع تغذیه نیاز دارد، اما از آنجایی که موتور ما جریان زیادی نمی‌کشد، منبع تغذیه USB T834 را برای تغذیه موتور نیز کوتاه کردیم. تنظیم و استفاده از کنترلرهای TIC بسیار آسان است، به خوبی مستند شده است و کنترل موتور از ابزارهای نرم افزاری ما زمان بسیار کمی را از ما گرفت. ما یک کلاس کنترلر کوچک در پایتون ایجاد کردیم که اکنون در ما یکپارچه شده است پیستاژها کتابخانه

کنترل‌کننده‌های موتور پله‌ای باید موقعیت فعلی موتور را هنگام روشن شدن آن پیدا کنند. این کار با یک روش اولیه انجام می شود که در آن موتور می چرخد ​​تا زمانی که یک سوئیچ تماسی به کنترل کننده بگوید که موتور در موقعیت صفر است. ما از یک سوئیچ ساده که مستقیماً به T834 متصل است استفاده کردیم که این ویژگی را در خود دارد.

قسمت بدنه سه بعدی که ما چاپ کردیم خیلی دقیق نبود و دو چرخ دنده در اولین بار به درستی کار نمی کردند. با استفاده از گرما می‌توانیم قسمت پلاستیکی را کمی خم کنیم تا شکاف بین چرخ دنده‌ها را اصلاح کنیم. پس از چند تنظیم، توانستیم شاتر دوربین را از راه دور به خوبی باز و بسته کنیم!

طراحی مکانیکی در ما موجود است مخزن GitHub.

افکار نهایی

ادغام کنترل منبع نور و شاتر دوربین به ما این امکان را می دهد که بسیاری از کمپین های آزمایش لیزر را از راه دور اجرا کنیم. همچنین نسبت به قبل راحت‌تر است، زیرا بسته شدن شاتر و خاموش کردن نور اکنون می‌تواند به طور خودکار هنگام روشن شدن لیزر انجام شود، در حالی که قبلاً به مداخله فیزیکی انسان نیاز داشت و به راحتی فراموش می‌شد.

در مورد کنترل برجک هدف، قبلاً برجک های موتوری وجود دارد، اما متاسفانه بسیار گران هستند و ممکن است تعویض آن دشوار باشد. در حال حاضر ما هیچ راه حل ساده و کم هزینه ای پیدا نکردیم. چرخاندن برجک با یک موتور خارجی سخت است، به خصوص به این دلیل که یک فنر وجود دارد که وقتی هدف با میکروسکوپ تراز می شود، برجک را در جای خود قفل می کند. همچنین وزنی که می توانیم به مرحله موتوری اضافه کنیم محدود است. این موضوع در حال حاضر هنوز باز است، اما مانع از کار از راه دور نمی شود، ما فقط به بزرگنمایی انتخابی محدود شده ایم.

در نهایت، جایگزینی نمونه زمانی که شکسته است همچنان نیازمند دسترسی به آزمایشگاه است. خوشبختانه این اتفاق زیاد نمی افتد. ما در نهایت ممکن است مدارهای زیادی را روی یک تخته دختری مالتیپلکس کنیم، بنابراین می‌توانیم چند دستگاه را قبل از نیاز به تعویض فیزیکی بسوزانیم، اما چنین راه‌حلی را توسعه نداده‌ایم.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• ضرب کردن آینده با آدرین اشلی. دسترسی به اینجا.
• خرید و فروش سهام در شرکت های PRE-IPO با PREIPO®. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.ledger.com/blog/laser-improvements